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Los agujeros negros no son tan negros: Breve Historiade la Ciencia de Stephen Hawking
J. J. Ruiz-Lorenzo
Departamento de Física (Facultad de Ciencias)Instituto de Computación Cientí�ca Avanzada (ICCAEx)
Universidad de Extremadurahttp://www.eweb.unex.es/eweb/fisteor/juan/juan_talks.html
Factoría JovenBadajoz, 17 de Abril de 2018
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) S. W. Hawking Factoría Joven
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The most incomprehensible thing about the world is that it
is comprehensible.
(Albert Einstein)
It seems that there is a Chronology Protection Agency
which prevents the appearance of closed timelike curves
and so makes the universe safe for historians.
(Stephen Hawking)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) S. W. Hawking Factoría Joven
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Stephen W. Hawking (1942-2018)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) S. W. Hawking Factoría Joven
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Sirio
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) S. W. Hawking Factoría Joven
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Sirio: Movimiento Propio
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) S. W. Hawking Factoría Joven
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Sirio A y B
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Estabilidad de las Estrellas
Una esfera de polvo del tamaño y masa de la Tierra colapsarádebido a la gravedad en unos 15 min.
El primer freno del colapso graviatorio es la temperatura:
NkBT ∼GM2
RE
R = NAkB. Recordatorio p = nRT/V . T ∼ 1010 K.
Esta temperatura tan alta se mantiene mediante reaccionestermonucleares.
Cuando se llega al Fe, se bloquean las reacciones termonucleares yla estrella se empieza a enfriar y comienza su colapso gravitacional.
El segundo freno es la presión de �degeneración cuántica� de loselectrones.
Si M < MCh ' 1.4M�, los electrones frenan el colapso y elresultado �nal es una enana blanca.
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) S. W. Hawking Factoría Joven
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S. Chandrasekhar
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Ecuaciones de Einstein (1915)
ds2 = −c2dτ2 = gαβdxαdxβ
Rµν −1
2gµνR =
8πG
c4Tµν
d2xµ
dτ2+ Γµργ
dxρ
dτ
dxγ
dτ= 0
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Newton/Einstein
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M > MCh
Si M > MCh la estrella comienza a colapsar.
Explosión Supernova.
Decaimiento β usual:
n→ p+ e− + νe
Decaimiento β inverso:
p+ e− → n+ νe
Todos los protones y electrones se convierten en neutrones.
El nucleo de la estrella se estabiliza mediante la �presión� dedegeneración cuántica� de los neutrones si:
M < MOV = 2.2M�
Si M > MOV se producirá un Agujero Negro.
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Oppenheimer/Landau
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Supernova
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Estrella de neutrones
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Agujero Negro: Binarias de rayos-X
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Agujero Negro Supermasivo: Sagitario A*
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Agujero Negro Supermasivo: Sagitario A*
M ' 4× 106M�
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Agujero Negro: Binarias de rayos-X
A density cusp of quiescent X-ray binaries in the central parsec of the Galaxy.
Nature 556, 70�73 (5/Abril/2018).
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Agujero Negro tipo Kerr (Gargantua)
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Etapas de la evolución Estelar (Resumen)
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La señal
Señal recibida el día 14/9/2015 a las 9:50:45 UTC en losobservatorios de Livingston y Hanford (USA):
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Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory(LIGO)
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Ondas Gravitatorias
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Señal de la Coalescencia de dos Agujeros Negros
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Características de los dos Agujeros Negros
Primario: 36± 5 M�
Secundario: 29± 4 M�
Masa Final: 62± 4 M�
Momento angular �nal: 0.67± 0.07
Distancia Luminosidad: 410± 180 Mpc
Redshift (Cosmológico): 0.09± 0.04
Energía total radiada: 3± 0.5M�c2
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¾Dónde?
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Clasi�cación de los Agujeros Negros
Los agujeros negros no tienen pelo (�No hair theorem�).
Schwarzschild (M 6= 0).Kerr (M 6= 0, J 6= 0).Reissner-Nordstrøm (M 6= 0, Q 6= 0).Kerr-Newman (M 6= 0, Q 6= 0, J 6= 0).
Principio de Censura Cósmica:No existen las singularidades desnudas.
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Agujero Negros: Ejemplos
Velocidad de escape (Mitchell):
1
2mv2 =
GmM
R
v = c→ R = Rs:
Rs =2GM
c2
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S. Hawking (infancia)
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S. Hawking
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) S. W. Hawking Factoría Joven
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S. Hawking (Oxford)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) S. W. Hawking Factoría Joven
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PhD Thesis, Cambridge
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PhD Thesis, Cambridge
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) S. W. Hawking Factoría Joven
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S. Hawking (familia)
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Teoremas de Singularidad
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�Termodinámica� de los Agujeros Negros
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Hawking en gravedad cero
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Evaporación de los Agujeros Negros: Radiación deHawking
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Radiación de Hawking
Principio de incertidumbre: ∆E∆t ∼ h.Temperatura (cuerpo negro):
T =~c3
GkB
1
8πM
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Evaporación de los Agujeros Negros
Emisión: Potencia/Superficie = σT 4
−d(Mc2)
dt=
1
15360π
~c6
G2
1
M2
te =
(M
230000 kg
)3
s
Ejemplos
1 AN M = M�: te = 2× 1067 años.2 AN M = mp: te = 3× 10−97 s.
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Principio de Protección de la Cronología
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Existencia de Agujeros negros (apuesta con K. Thorne)
This was a form of insurance policy for me. I have done a lot of work on black holes, and it
would all be wasted if it turned out that black holes do not exist. But in that case, I would
have the consolation of winning my bet, which would win me four years of the magazine
Private Eye. If black holes do exist, Kip will get one year of Penthouse. When we made the
bet in 1975, we were 80% certain that Cygnus X-1 was a black hole. By now, I would say
that we are about 95% certain, but the bet has yet to be settled.
Stephen Hawking, A Brief History of Time (1988)
In the updated and expanded edition of A Brief History of Time, Hawking states,
"Although the situation with Cygnus X-1 has not changed much since we made the bet in
1975, there is now so much other observational evidence in favour of black holes that I have
conceded the bet. I paid the speci�ed penalty, which was a one year subscription to
Penthouse, to the outrage of Kip's liberated wife."
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Private Eye (16/4/2018)
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Paradoja de la Información (apuesta con J. Preskill)
The Euclidean path integral over all topologically trivial metrics can bedone by time slicing and so is unitary when analytically continued tothe Lorentzian. On the other hand, the path integral over alltopologically non-trivial metrics is asymptotically independent of theinitial state. Thus the total path integral is unitary and information isnot lost in the formation and evaporation of black holes. The way theinformation gets out seems to be that a true event horizon never forms,just an apparent horizon.
Una copia de Total Baseball, The Ultimate Baseball Encyclopedia.
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Stephen W. Hawking (1942-2018)
J. J. Ruiz-Lorenzo (UEx) S. W. Hawking Factoría Joven